基于伪随机码调制的车载激光雷达距离速度同步测量方法

摘要

道路环境中目标距离和速度的同时测量是实现自主驾驶车辆路径规划的基础，目前用于测量这两个参数的传感器主要为毫米波雷达和激光雷达。其中，毫米波雷达使用频率调制连续波的方式实现了目标距离和速度的同步测量，但是毫米波雷达的空间分辨率差，不能对驾驶场景清晰成像，而且测量波形使用连续波方式，使得毫米波雷达在复杂场景中的测量性能大大下降。当同一波束内出现多个目标时，使用脉冲的方式是一种更好的选择。本文作为探索“复杂道路环境中目标距离和速度同步测量方法”的前期研究，旨在设计一种基于脉冲序列调制的方法，实现激光雷达同时测量道路目标的距离和速度。
　　本文设计了一种单检测器的脉冲式多普勒激光雷达系统结构框图，提出采用伪随机码调制的方法，通过伪随机调制码与光电转换器的相关函数测算目标距离，测量灵敏度对激光雷达回波频率和相位不敏感。在回波信号处理过程中，本文提出对多普勒信号进行幅度修正，然后采用非等间隔采样傅里叶频谱分析方法求出多普勒频率，再根据多普勒效应计算出目标距离信息，其径向速度误差低于1m/s。结果表明，本文提出的方法可以实现对道路目标距离和速度的同时测量。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外车载激光雷达研究现状

1．2．2 国内车载激光雷达研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 章节安排

第2章 激光雷达系统

2．1 激光雷达系统结构

2．2 激光雷达系统基本性能要求

2．2．1 距离分辨率

2．2．2 速度分辨率

2．2．3 信噪比

2．2．4 虚警概率

2．2．5 检测概率

2．2．6 目标识别

2．3 调制波形选择

2．3．1 常用波形

2．3．2 伪随机码产生原理

2．3．3 伪随机码特性分析

2．4 本章小结

第3章 激光雷达基本工作原理

3．1 距离测量

3．2 速度测量

3．3 方向估计

3．4 实际应用

3．5 本章小结

第4章 距离速度同步测量方法

4．1 激光雷达系统模型

4．1．1 电光调制器

4．1．2 光放大器

4．1．3 声光调制器

4．1．4 光电转换器

4．2 激光雷达基本测量参数要求

4．3 当前激光雷达测距测速缺陷

4．3．1 脉冲式激光雷达

4．3．2 风速、流速测量多普勒激光雷达

4．3．3 FMCW激光雷达

4．3．4 复杂光场激光雷达

4．3．5 混合码调制激光雷达

4．4 距离速度同步测量方法

4．4．1 相关函数距离测量方法

4．4．2 多普勒频移速度测量方法

4．4．3 幅度修正频谱分析方法

4．5 本章小结

第5章 仿真与实验结果

5．1 仿真系统设计

5．2 伪随机码生成

5．3 距离测量与分析

5．4 速度测量与分析

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

附录